Συμβολή στην εξοικονόμηση ενέργειας & στην περιβαλλοντική βελτίωση των σχολικών κτιρίων στην Ελλάδα

Abstract

The present thesis deals with the energy classification and the environmental evaluation of the school buildings in Greece. In the field of energy savings, the interest towards the school sector is deeply motivated: schools have standard energy demands and high levels of environmental comforts should be guaranteed. With the participation of 1100 schools from all the prefectures of Greece, energy auditing techniques were used to create a database on the energy use in the school field. The energy performance of the school buildings, in relation to the normalized annual consumption for heating regarding floor area and climatic conditions, was rated using a clustering technique (K-means algorithm) and an energy classification tool developed. The audited school buildings were classified into five energy categories, A, B, C, D and E. To investigate the potential for energy savings a methodology for the definition of the characteristics of the typical building for each energy class of the school sector has been developed using multivariate statistical techniques. It is based on a selection of seven variables that influence the energy performance of the building and has been mainly carried out using principal components analysis techniques (PCA). For the evaluation of indoor temperatures, the heating loads and the potential for energy conservation interventions, the typical buildings in each class have been simulated for a typical meteorological year, using TRNSYS 15.1. The measurements of indoor air quality concerned in concentrations of monoxide (CO) and carbon dioxide (CO₂), as well as in the organic volatile compounds (TVOCs) in 83 classrooms. Thermal comfort conditions have been calculated using the indoor measurements of the meteorological parameters. The research has shown than school buildings suffer from important IAQ problems while their energy consumption and global environmental quality can be improved considerably. The conclusions obtained promote a general energy and environmental evaluation of the school buildings in Greece.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματεύεται την ενεργειακή ταξινόμηση και την περιβαλλοντική αξιολόγηση των σχολικών κτιρίων στην Ελλάδα. Η έρευνα βασίστηκε στη συλλογή δεδομένων με τη χρήση ειδικά διαμορφωμένων ερωτηματολογίων ενεργειακής απόδοσης από 1191 σχολικά κτίρια της δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης και σε μετρήσεις της ποιότητας του εσωτερικού περιβάλλοντος σε 83 αίθουσες διδασκαλίας. Με την ανάλυση του δείγματος έγινε δυνατή η κατανόηση των παραμέτρων που καθορίζουν την ενεργειακή αλλά και την περιβαλλοντική συμπεριφορά των σχολικών κτιρίων με απώτερο στόχο την επισήμανση τεχνικών και μεθόδων βελτιστοποίησης της απόδοσης τους. Στις καινοτομίες περιλαμβάνονται η δημιουργία σημαντικής βάσης ενεργειακών δεδομένων, η πρότυπη μεθοδολογία ενεργειακής ταξινόμησης των σχολικών κτιρίων σε πέντε (5) κλάσεις, η πρότυπη μεθοδολογία καθορισμού των αντιπροσωπευτικών σχολικών κτιρίων και η εκτενής αξιολόγηση της ποιότητας του αέρα των σχολικών αιθουσών. Η ενεργειακή ταξινόμηση του συνολικού σχολικού κτιριακού αποθέματος πραγματοποιήθηκε με βάση την κατανάλωση πετρελαίου για τη θέρμανση του χώρου με εφαρμογή τεχνικών ανάλυσης συστάδων (cluster analysis) και συγκεκριμένα του διαμεριστικού αλγόριθμου k-means. Για τον καθορισμό των αντιπροσωπευτικών κτιρίων σε κάθε ενεργειακή κατηγορία χρησιμοποιήθηκαν επτά μεταβλητές (εμβαδόν θερμαινόμενης επιφάνειας - ηλικία του κτιρίου - μόνωση του κτιρίου - αριθμός αιθουσών - αριθμός μαθητών - ώρες λειτουργίας του κτιρίου ανά ημέρα - ηλικία του συστήματος θέρμανσης) και αναπτύχθηκε αλγόριθμος με εφαρμογή της ανάλυσης σε κύριες συνιστώσες (PCA). Για τη συνεκτίμηση των εσωτερικών συνθηκών, των ενεργειακών απαιτήσεων και των ενεργειακά αποδοτικότερων και περιβαλλοντικά ωφελιμότερων επεμβάσεων, πραγματοποιήθηκαν υπολογισμοί με το μοντέλο προσομοίωσης TRNSYS 15.1 και κλιματικά δεδομένα για ένα πλήρες ημερολογιακό έτος. Οι μετρήσεις της ποιότητας του αέρα αφορούσαν στους κύριους ρύπους που εντοπίζονται στο εσωτερικό των αιθουσών και συγκεκριμένα, στο μονοξείδιο (CO) και διοξείδιο του άνθρακα (CΟ₂), καθώς και στις οργανικές πτητικές ενώσεις (TVOCs). Για τη διερεύνηση των συνθηκών θερμικής άνεσης έγινε καταγραφή στους χώρους διδασκαλίας των βασικών μετεωρολογικών παραμέτρων (θερμοκρασίας του αέρα, σχετικής υγρασίας, ταχύτητας του αέρα & θερμοκρασίας σφαιρικού θερμομέτρου) και ανάλυση των βιοκλιματικών συνθηκών. Σε υψηλό ποσοστό καταγράφηκαν υπερβάσεις των επιτρεπτών ορίων ενός ή περισσότερων ρύπων.